半導(dǎo)體行業(yè)廢水的處理現(xiàn)狀及展望

張少鋒

（合肥鑫晟光電科技有限公司，安徽 合肥230012）

2018 年全球半導(dǎo)體仍維持高景氣度，全球半導(dǎo)體營(yíng)收額到達(dá)4000 億美元，隨著半導(dǎo)體應(yīng)用更加廣泛，整個(gè)行業(yè)進(jìn)入加速發(fā)展期。此外，高性能運(yùn)算，數(shù)據(jù)中心，智能汽車，物聯(lián)網(wǎng)等新興需求帶動(dòng)的新一輪半導(dǎo)體應(yīng)用，展現(xiàn)出強(qiáng)有力的發(fā)展?jié)摿?。半?dǎo)體市場(chǎng)的快速發(fā)展，各種需求和機(jī)遇也顯現(xiàn)出來(lái)，很多半導(dǎo)體生產(chǎn)基地在中國(guó)建立，如：京東方，華星光電，長(zhǎng)江存儲(chǔ)，紫光等。半導(dǎo)體生產(chǎn)不僅給中國(guó)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)利益，也產(chǎn)生了新的環(huán)境污染問(wèn)題。在半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生各種污染物的廢水，以含氟離子，含銅離子，含磷廢水的危害最為嚴(yán)重。

本文闡述以上三種污染廢水的處理現(xiàn)狀，涉及到的具體工藝流程及生產(chǎn)條件進(jìn)行分析。介紹離子交換樹脂法在各廢水的應(yīng)用[1]，未來(lái)在處理含銅，含磷，含氟廢水的展望。

1 半導(dǎo)體行業(yè)廢水處理現(xiàn)狀

1.1 含氟離子廢水的處理

在半導(dǎo)體行業(yè)中，化學(xué)沉淀和混凝沉降法的組合工藝是最為經(jīng)濟(jì)型處理方法[2]，形成氟化鈣絮凝沉淀法，含氟廢水的具體處理過(guò)程如下圖1：

圖1 含氟廢水處理工藝流程

由上述可知，化學(xué)沉淀法進(jìn)行含氟廢水的處理原理：

調(diào)整pH 為6-7 左右，加入的過(guò)量的CaCl2和適量的絮凝劑，形成的沉淀CaF2成為礬花，部分污泥循環(huán)成為載體，促進(jìn)絮凝效果，在沉淀池通過(guò)重力沉降實(shí)現(xiàn)泥水分離，一級(jí)反應(yīng)能夠去除80%的氟，二級(jí)絮凝添加PAC 進(jìn)一步處理氟，氟化鈣及其其他形態(tài)沉淀，利用污泥泵輸送到污泥沉淀池，用板框式脫水機(jī)壓成泥餅外運(yùn)，產(chǎn)生的壓濾液進(jìn)入其他的系統(tǒng)進(jìn)一步處理。此工藝流程比較簡(jiǎn)單，費(fèi)用也比較低，處理水中含有5-10ppm 的氟離子，和CaF2本身的溶解度有關(guān)系，但對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)的含氟廢水處理還是具有很大的適用性。

1.2 含磷廢水處理現(xiàn)狀

半導(dǎo)體行業(yè)的含磷廢水中磷主要以PO43-為主，可以通過(guò)調(diào)整pH，加入CaCl2生成Ca5(PO4)3OH 沉淀，難溶于水。采用的方法為化學(xué)沉淀法和混凝劑沉降法的組合工藝[3]，形成羥基磷酸鈣，含磷廢水的具體處理過(guò)程如下圖2：

圖2 含磷廢水處理工藝流程

由上述可知，化學(xué)沉淀法進(jìn)行含磷廢水的處理原理：

含磷廢水pH 一般在2 左右，一級(jí)反應(yīng)池的pH 調(diào)整到5-6左右，二級(jí)反應(yīng)池pH 調(diào)整到8.5-9，三級(jí)反應(yīng)池pH 調(diào)整到9-9.5（確保完全生成羥基磷酸鈣），加入的過(guò)量的CaCl2和適量的絮凝劑，形成的Ca5(PO4)3OH 沉淀，部分污泥循環(huán)成為載體，促進(jìn)絮凝效果，在沉淀池通過(guò)重力沉降實(shí)現(xiàn)泥水分離。此工藝流程比較簡(jiǎn)單，費(fèi)用也比較低，但是要求系統(tǒng)調(diào)整及時(shí)，處理水含磷波動(dòng)比較大，影響處理水的排放，對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)的含磷廢水處理還是具有很大的適用性。

1.3 含銅廢水處理現(xiàn)狀

半導(dǎo)體行業(yè)的含銅廢水有其特殊性，并非都是以Cu2+離子形式存在，還有銅的螯合物或絡(luò)合物形式，需利用Ca2+、Mg2+離子置換Cu2+離子。采用化學(xué)沉淀法和混凝劑沉降法的組合工藝，形成氫氧化銅或氧化銅等沉淀物，含銅廢水的具體處理過(guò)程如下圖3：

圖3 含銅廢水處理工藝流程

由上述可知，化學(xué)沉淀法進(jìn)行含銅廢水的處理原理：

含銅廢水pH 調(diào)節(jié)到9-10 左右，加入一定比例的CaCl2和MgCl2，適量的PAC 和絮凝劑，形成的Cu(OH)2沉淀，在沉淀池通過(guò)重力沉降實(shí)現(xiàn)泥水分離。此工藝流程比較簡(jiǎn)單，費(fèi)用也比較低，但是要求對(duì)CaCl2和MgCl2加入量調(diào)整及時(shí)，置換出絡(luò)合物或螯合物中銅，處理水含銅波動(dòng)比較大，影響處理水的排放，對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)的含銅廢水處理還是具有很大的適用性。

2 半導(dǎo)體行業(yè)廢水處理展望

離子交換樹脂，是具有交換離子能力的官能團(tuán)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、不溶性的高分子化合物，單元結(jié)構(gòu)包括：不溶性的三維網(wǎng)狀骨架、骨架上連接的功能基團(tuán)和功能基團(tuán)所帶的交換離子。離子交換樹脂法已經(jīng)在廢水處理中得到廣泛應(yīng)用，主要因其操作簡(jiǎn)單，整體流程簡(jiǎn)短，占地面積小，工藝技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，可處理重金屬、有毒金屬和稀有金屬，回收金屬重新利用，去除水中的有毒物質(zhì)，有機(jī)廢水中的酸性或堿性的物質(zhì)。

樹脂的性質(zhì)和類別是其中的化學(xué)活性基團(tuán)種類決定的。劃分成陽(yáng)樹脂和樹脂，交換溶液中陽(yáng)離子和陰離子。離子交換樹脂法是利用離子交換樹脂交換重金屬離子，重金屬濃度降低，去除廢水中的金屬離子。離子交換樹脂交換吸附飽和后可進(jìn)行再生，將離子交換樹脂上的離子交換下來(lái)，使離子交換樹脂恢復(fù)其交換能力，并且回收脫附下來(lái)的金屬離子，濃縮回收利用。楊明平[4]等以苯氧基乙酸和甲醛為原料合成含醚鍵的離子交換樹脂來(lái)處理含Cu2+的廢水，去除率達(dá)到98 %以上。Seo 等[5]利用堿改性的泡沫鋁合金過(guò)濾器過(guò)濾含磷廢水，在較短的接觸時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了90%的磷去除率。離子交換除磷是利用OH-與污水中的PO43-通過(guò)交換而除磷的一種方法。陳楠[6]利用D406 螯合樹脂吸附氟離子，吸附率可達(dá)到90%以上。離子交換樹脂法對(duì)廢水選擇性分離，可以更好地實(shí)現(xiàn)廢水中各物質(zhì)的處理與回收，變廢為寶。

3 結(jié)論

半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生的含氟，含銅，含磷廢水的處理主要采用化學(xué)沉淀法和混凝劑沉降法的組合工藝，形成沉淀物實(shí)現(xiàn)泥水分離。簡(jiǎn)單的工藝流程，低費(fèi)用，適用于現(xiàn)階段的半導(dǎo)體產(chǎn)生廢水處理，但是考慮到資源的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染，此工藝不能從根本上解決廢水問(wèn)題。離子交換樹脂法技術(shù)逐漸趨于成熟，未來(lái)在廢水處理領(lǐng)域?qū)⑻娲鷤鹘y(tǒng)的化學(xué)混凝等工藝，因此，研制對(duì)各廢水具有交換容量大、高選擇性、再生性能好、價(jià)格便宜以及吸附解吸過(guò)程可逆性好的離子交換樹脂，也是今后廢水處理工作者的研究方向。